ما هي بطارية الليثيوم الكبريت؟

بطاريات الليثيوم أيون (LiCo02) هي إزالة الإلكترون واحد، في حين بطاريات الليثيوم الكبريت هي 8 الإلكترونات الأكسدة، لذلك بطاريات الليثيوم الكبريت لديها نظرية أنها هي 7-8 أضعاف قدرة بطاريات الليثيوم أيون. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم البوليمر استخدمت على نطاق واسع في منتجات 3C، وذلك بسبب كثافة الطاقة المحدودة، وهذا هو، وعمر البطارية محدودة، فإنها تحتاج إلى أن تكون مشحونة في كثير من الأحيان، وهو شيء مزعج. الشعور الأكثر بديهية هو أنه بعد تغيير الهاتف الذكي، والجميع هو الشحن كل يوم، وحتى كنز الشحن لا يترك الدولة. مجتمع اليوم يحتاج إلى نوع جديد من بطارية ليثيوم أيون مع انخفاض التكلفة، لا تلوث، أداء مستقر، قدرة محددة كبيرة، وكثافة الطاقة العالية لتلبية احتياجات عمر أطول للبطارية وسرعة شحن أسرع.

تاريخ تطوير بطارية الليثيوم الكبريت: بطاريات الليثيوم أيون لها تاريخ لأكثر من 30 عاما، وبطاريات الليثيوم الكبريت أصغر سنا. في عام 1962، اقترح هيربيت وأولام استخدام الكبريت كمواد كاثود و بيركلورات قلوية كالكهرباء.

تمت دراسة نظام الليثيوم والكبريت المبكر كبطارية أولية وحتى تسويقه لفترة من الوقت ، ولكن تم استبداله لاحقًا ببطاريات قابلة لإعادة الشحن وتم تعليقه. في عام 2009، اقترحت ليندا ف. نزار بطارية ليثيوم الكبريت الثانوية القابلة لإعادة الشحن على المواد الطبيعة، واستخدمت CMK-3 لتحقيق قدرة محددة عالية من 1320mAh/g. ومنذ ذلك الحين، فتحت بطاريات الليثيوم الكبريت حقا فصلا في التنمية.

مبدأ بطارية الليثيوم الكبريت: القطب الموجب لبطارية الليثيوم الكبريت هو الكبريت أو المواد المحتوية على الكبريت، والالكرود السالب هو الليثيوم. متوسط الجهد هو 2.1V. ومن الناحية النظرية، فإن نظام الليثيوم-الكبريت (Li-S) لديه قدرة محددة تبلغ 1672 مللي أمبير/غرام وكثافة طاقة تبلغ 2600 ساعة/كغ. بل هو بطارية أيونات الليثيوم التجارية التقليدية مع LiCo02 كما القطب الموجب (قدرة محددة النظرية 273.8mAh /g، كثافة الطاقة 360 ساعة / كجم) حوالي 7 مرات. بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم أيون العادية، فإن طبيعة تصريف بطاريات الليثيوم الكبريت ليست بسيطة إزالة أيونات الليثيوم، ولكن عملية إعادة الأكسدة يرافقه عدد كبير من المنتجات الوسيطة. أثناء عملية تفريغ بطارية تصريف الليثيوم الكبريت، الكبريت عنصري يتفاعل مع لي من حلقة فتح S8 دوري، ويرافق التحويل من Li2S8 سلسلة طويلة إلى Li2S قصيرة السلسلة من قبل اثنين من منصات التفريغ واضحة، منصة التفريغ المحتملة العالية هي 2.45V - 2.1V ، يمكن اعتبار العملية كمية كبيرة من S8 إلى S42 - تحويل ، والتفريغ المنخفضة المحتملة هو 2.1V -1.7V ، وهذه العملية هي كمية كبيرة من S42 - إلى S22 - و S2 - . من ناحية أخرى، تختلف درجات التحويل أيضاً عن قدرات مختلفة.

معادلة تفاعل التصريف هي كما يلي:

القطب الموجب: S8+16Li+e-→8Li2S

القطب السالب: لي→لي ++ه-

إجمالي رد الفعل: 2Li +nS→Li2Sn→Li2S

بطاريات الليثيوم أيون العادية هي إزالة الإلكترون واحد، وبطاريات الليثيوم الكبريت هي 8 الإلكترونات الأكسدة، لذلك لديهم 7-8 أضعاف القدرة النظرية وكثافة الطاقة. وعلى غرار بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، تتكون بطاريات الليثيوم الكبريت من قطب كهربائي إيجابي، وكترود سلبي، وفاصل، وكتروليت، وفاصل. ولذلك، تعتبر بطاريات الليثيوم الكبريتي البديل الواعد لبطاريات الليثيوم أيون التقليدية وتصبح مصدرا جديدا للطاقة لتوليد جديد من معدات تخزين الطاقة.

تعتبر مواد الكاثود الكبريتي عاملاً رئيسياً في تقييد تطوير وتطبيق بطاريات الليثيوم الكبريت، لذلك نركز على كاثود الكبريت. في الوقت الحاضر ، والكاثود الكبريت من نظام الليثيوم الكبريت أيضا العديد من المشاكل التي يتعين حلها : تأثير المكوك ، وضعف الموصلية ، وتوسيع الحجم.

1- تذوب البولي سلفريد أثناء عملية التفريغ (Li2Sx, 3<><8)، مما="" يؤدي="" إلى="" تفاعل="" معقد="" من="" عدم="" التناسب="" و"تأثير="" المكوك"،="" مما="" يسبب="" قدراً="" كبيراً="" من="" التصريف="" الذاتي،="" مما="" يقلل="" من="" كفاءة="" كولوم="" وأداء="" الدورة،="" ويتسبب="" في="" تدهور="" القدرة="" بشكل="" لا="" رجعة="">

2. الموصلية من الكبريت عنصري والتفريغ المنتج الليثيوم كبريتيد منخفض، التوصيلية من S (5×10-30S/cm، 25 درجة مئوية)، التوصيلية من Li2S/Li2S2 (~ 10-30S/cm)، مما أدى إلى استخدام الكبريت فقط حوالي 50-70٪.

3. التحول من orthorhombic α-S (ρ1= 2.03g/cm3) إلى Li2S مع هيكل الفلوريت العكسي (ρ2 = 1.66g/cm3) لديها حجم كبير التوسع، ويدمر هيكل القطب الكهربائي، ويؤثر على استقرار الدورة.